Un nuovo materiale sviluppato a Linköping riesce a dividere l’acqua solo con la luce solare, avvicinandosi alla soglia del 10% di efficienza.La produzione di idrogeno verde dall’acqua e dall’energia solare fa un passo avanti grazie a un nuovo materiale sviluppato da un team di ricercatori dell’Università di Linköping, in Svezia. Attraverso una struttura a tre strati, sono riusciti a moltiplicare per otto l’efficienza della fotocatalisi dell’acqua, il che potrebbe accelerare la transizione verso un modello energetico a emissioni zero.
Un nuovo materiale per dividere l’acqua con la luce solare
Il lavoro, guidato dal professor Jianwu Sun e pubblicato sul Journal of the American Chemical Society, si concentra sul miglioramento della capacità di alcuni materiali di catturare la luce solare e utilizzare tale energia per separare le molecole d’acqua in idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂). Questo processo, noto come fotocatalisi, potrebbe offrire un modo pulito e sostenibile per produrre idrogeno senza bisogno di combustibili fossili.
Perché è importante questo progresso?
Con la fine della vendita di auto nuove a benzina e diesel nell’Unione Europea nel 2035, il trasporto terrestre tende a diventare elettrico. Tuttavia, settori come l’aviazione, il trasporto marittimo o i camion a lunga percorrenza difficilmente potranno funzionare solo con batterie a causa del peso e dell’autonomia limitata.
In questi casi, l’idrogeno verde appare come una soluzione praticabile. Non emette CO₂ durante l’uso e può essere immagazzinato in forma liquida o gassosa, consentendo una densità energetica adeguata per i veicoli pesanti. Ma finora la sua produzione è stata costosa e dipendente dall’elettricità rinnovabile esterna, il che ne limita la fattibilità economica.
Il cuore dell’innovazione: una struttura a tre strati
Il nuovo materiale combina il carburo di silicio cubico (3C-SiC), noto per la sua capacità di assorbire la luce solare, con l’ossido di cobalto (Co₃O₄) e un rivestimento di idrossido di nichel (Ni(OH)₂) che funge da catalizzatore. La chiave sta nel modo in cui questi strati lavorano insieme per:
- Migliorare l’assorbimento dello spettro solare.
- Separare efficacemente le cariche elettriche generate dalla luce (impedendone la ricombinazione).
- Facilitare la reazione chimica che divide l’acqua.
Questa sinergia consente di moltiplicare per otto il rendimento rispetto all’uso del solo carburo di silicio, un notevole balzo in avanti in un campo in cui i progressi sono solitamente incrementali.
Un futuro più vicino per l’idrogeno solare
Attualmente, la maggior parte dell’idrogeno prodotto nel mondo è idrogeno grigio, estratto dal gas naturale attraverso un processo che emette grandi quantità di anidride carbonica. Solo una minima parte è idrogeno verde, generato con elettricità rinnovabile. Ma anche questa opzione verde richiede infrastrutture elettriche e può essere costosa o limitata dalla disponibilità di energia in tempo reale.
L’approccio innovativo di Jianwu Sun e del suo team è quello di prescindere completamente dalla rete elettrica: il processo funzionerebbe solo con la luce solare diretta. Se riuscissero a raggiungere l’obiettivo di un’efficienza del 10%, lo standard considerato minimo per la sua industrializzazione, si aprirebbe la strada a impianti autonomi di produzione di idrogeno, anche in regioni remote o soleggiate senza accesso a infrastrutture energetiche complesse.
Attualmente, l’efficienza di materiali simili si aggira tra l’1% e il 3%, quindi la sfida è tecnica ma realizzabile. I ricercatori stimano che entro cinque-dieci anni potrebbero avere una versione pronta per essere testata su scala più ampia.
Esempi e implicazioni reali
Progetti pionieristici come HyDeal España, che prevede la produzione su larga scala di idrogeno verde con energia solare nel sud del paese, o il corridoio dell’idrogeno verde nel nord Europa, dimostrano che l’infrastruttura per l’utilizzo di questo tipo di idrogeno sta già prendendo forma. Tuttavia, senza progressi come questo nei materiali, i costi rimangono un ostacolo.
Inoltre, la possibilità di creare sistemi di produzione in loco con l’energia solare consentirebbe alle comunità rurali o alle isole di generare il proprio combustibile senza dipendere dalle forniture di combustibili fossili o da costose reti elettriche.
Potenziale
Questo nuovo materiale, e la tecnologia che lo accompagna, potrebbe essere un elemento chiave nella decarbonizzazione globale se si riuscisse a diffonderne l’uso. Alcune possibili applicazioni realistiche includono:
- Approvvigionamento energetico di flotte pesanti (camion, navi, treni) a emissioni zero.
- Sviluppo di stazioni locali di idrogeno in zone ad alta radiazione solare, come il Mediterraneo, il Sahel o l’America Latina.
- Produzione decentralizzata di combustibili sostenibili per l’aviazione, come il cherosene sintetico a base di idrogeno verde.
- Drastica riduzione delle emissioni nell’industria chimica e siderurgica, settori difficili da elettrificare.
- Empowerment energetico delle comunità con scarsa infrastruttura elettrica ma alto potenziale solare.
In sintesi, la ricerca del team di Linköping non rappresenta solo un progresso scientifico, ma apre la porta a un nuovo paradigma energetico, in cui la luce del sole può alimentare intere industrie senza lasciare alcuna impronta di carbonio.